[发明专利]双极板及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板(1)，双极板由合成树脂(A‑B)制成，合成树脂具有至少包括石墨(C)和/或碳黑的填料。根据本发明的双极板(1)的特征在于，使用聚氨酯树脂(PUR)作为合成树脂(A‑B)。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分中详细限定类型的用于燃料电池的双极板。本发明还涉及一种用于制造燃料电池的双极板的方法。

背景技术

用于燃料电池的双极板就这方面而言由普遍的现有技术已知。这种双极板由不同的材料制成，所有这些材料必须被设计为导电的。因此，双极板通常由金属制成。它们在所谓的燃料电池堆中界定各自的单电芯，并确保反应物和产物相对电极和膜的供应和排出。双极板通常由两个以其背侧相互挤压的单板构成，在这些单板之间还可以流动冷却介质。在该双极板的一侧上则存在单电芯的阳极，在另一侧上存在相邻单电芯的阴极，该相邻的单电芯自身又经由所谓的MEA(Membran Elektroden Anordnung，膜电极组件)分别与下一个双极板隔开，并因此与两个相邻双极板的彼此朝向的表面一起构成实际的单电芯。

除了金属双极板之外，由塑料或导电陶瓷制成的双极板也由现有技术已知。由塑料制成的双极板通常被作为酚醛树脂黏结的体系来制成，然而，它具有的强度相对较低。此外，环氧树脂黏结的体系也是已知的。两者都需要相对较长的工艺周期并且具有很高的能量方面的耗费，这是因为这涉及150℃至180℃的高温工艺。通常使用形式为细粉或细片状的石墨和/或碳黑作为能导电的填料，其中，这里的细是指颗粒或片状物的平均尺寸在微米或纳米范围内。

整个工艺相对复杂。例如，可以如下地设计工艺，即，首先制造长方体形的毛坯并随后对该毛坯进行压制，以便在双极板中提供所需的结构，如流道、缺口等。随后通常需要进行退火工艺，以便确保板材达到所需的永久几何形状而不发生翘曲或类似情况。所有这些都是相对复杂且在能量方面是密集的。在这种工艺中，所要求的挤压力相对较高，从而对模具的耗损也相当大。

此外，由US 2007/0111078 A1已知用于制造双极板的膨胀石墨。在此成问题的是，双极板的形态稳定性并不是永久的，而且双极板的强度特别低。这种低强度要求双极板的具有相对较大壁厚的相应结构，以便至少达到所要求的最低强度。然而，这样大的壁厚使得双极板的结构相对较厚，这在燃料电池堆的功率密度方面是不利的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种改进的、更稳定和成本优化的双极板及其制造方法。

根据本发明，该目的通过具有在权利要求1中的、并且在此尤其是在权利要求1的特征部分中的特征的双极板来实现。在权利要求7中、并且在此又特别是在权利要求7的特征部分中给出了一种实现该目的的用于双极板的制造方法。双极板和用于制造双极板的方法的有利的设计方案和改进方案由分别所属的从属权利要求得出。

在根据本发明的双极板中规定，该双极板类似于根据现有技术的双极板基于具有填料的合成树脂体系。与开头提到的不利的环氧树脂和酚醛树脂体系相比，根据本发明的双极板基于聚氨酯树脂，该聚氨酯树脂相对于迄今的酚醛树脂或环氧树脂黏结的体系能够实现许多优点。这种以聚氨酯树脂为基础的双极板的非常重要的优点是其更好的机械性能，这就能够在脆性较低的情况下实现相对较高的强度。因此，双极板在装配和运行方面明显更加坚固，这使得构建非常高效且在燃料电池堆的制造和对其进行处理方面有利。

聚氨酯树脂在此具有的优点是，它们可以在50℃至60℃的所谓的暖温下固化，而环氧树脂或酚醛树脂体系需要150℃至180℃的高温。这种大约100℃的温度节省以及完全取消后退火过程的可能性实现了在制造中巨大的能量节省并能够实现模具的显著更高的使用寿命，这提供了在根据本发明的双极板中的另一重要成本优势。

另外的优点在于，聚氨酯树脂体系由于其高强度和柔韧性而能够实现可折叠的双极板，这可以在燃料电池堆的整体结构中节省密封点，这也是一个重要的优点。